SPP 1355:  Elementarprozesse der Organischen Photovoltaik

Die Photovoltaik, d.h. die direkte Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie ist eine besonders attraktive Form regenerativer Energieversorgung. Allerdings ist sie trotz langjähriger Anstrengungen in Forschung und Entwicklung noch wesentlich zu teuer. Organische Solarzellen könnten prinzipiell aufgrund des extrem geringen Materialverbrauchs und der vergleichsweise preisgünstigen Materialien und Herstellungsverfahren preiswert sein. Auch die mechanische Flexibilität organischer Solarzellen bietet ein sehr breites und großflächiges Anwendungsspektrum.
Aufgrund immer noch deutlich zu niedriger Wirkungsgrade (um 5 Prozent für Laborzellen) und ungeklärter Fragen wie der Langzeitstabilität sind organische Solarzellen jedoch von einer breiten Anwendung noch weit entfernt. Um eine solche Anwendung zu erreichen, müssen noch grundlegende Fragen und Elementarprozesse der organischen Photovoltaik geklärt werden, die Inhalt dieses Schwerpunktprogramms sind: Wie kann der Wirkungsgrad gesteigert werden? Welche elementaren elektro-/photochemischen Prozesse begrenzen die Lebensdauer? Welche neuen Materialklassen können als Absorber- und Transportmaterialien eingesetzt werden? Das Schwerpunktprogramm fokussiert dabei auf neue Materialien für organische Festkörpersolarzellen, den Zusammenhang zwischen photophysikalischen und morphologischen Eigenschaften von Schichten und den Einfluss der Oberflächen. Auch die Modellierung aller Elementarprozesse in Solarzellen und neue Ansätze für ihre Struktur werden erforscht. In diesem Schwerpunktprogramm soll also nicht eine Optimierung im Sinne der anwendungsorientierten Forschung im Vordergrund stehen, sondern es sollen die grundlegenden Fragen und das Verständnis der Elementarprozesse sowie das Auffinden neuer Materialklassen und Konzepte im Vordergrund stehen. Aufbauend auf diesen Ergebnissen kann dann eine anwendungsorientierte Forschung auf die konkrete Steigerung der Wirkungsgrade und Lebensdauer ausgerichtet werden.
Das Schwerpunktprogramm soll die Forschung zu organischen Solarzellen in Deutschland auf eine neue Grundlage stellen. Es soll auch dazu beitragen, das in ungewöhnlichem Maße interdisziplinäre Forschungsgebiet über die Grenzen der Disziplinen Chemie, Physik, Materialwissenschaften und Elektrotechnik hinweg zu stärken und die erwähnten fundamentalen Fragen aufzuklären.

DFG-Verfahren Schwerpunktprogramme

Internationaler Bezug Dänemark, Großbritannien, Niederlande, Österreich, Spanien

• An integrated approach towards highly efficient single and multi-junction bulk-heterojunction solar cells based on functionalized oligothiophenes (Antragsteller Bäuerle, Peter ;  Janssen, René ;  Schmidt, Volker )
• Bulk heterojunction photovoltaic cells based on Merocyanine dye aggregates (Antragsteller Engels, Bernd ;  Meerholz, Klaus ;  Würthner, Frank )
• Charge Photogeneration and extraction in polymer: fullerene bulk heterojunction organic solar cells (Antragsteller Andrienko, Denis ;  Deibel, Carsten ;  Laquai, Frédéric ;  Neher, Dieter )
• Charge separation at nanostructured molecular donor-acceptor interfaces (Antragsteller Brütting, Wolfgang ;  Koch, Norbert ;  Pflaum, Jens ;  Schreiber, Frank )
• Control of the nanoscale morphology of bulk heterojunction solar cells via chemical assembly of low bandgap conjugated polymers on nanoparticle support (Antragsteller Kiriy, Anton ;  Krebs, Frederic Christian )
• Controlled morphologies by molecular design and nano-embossing (Antragsteller Müllen, Klaus ;  Müller-Buschbaum, Peter ;  Schmidt-Mende, Ph.D., Lukas )
• Controlling of the interplay between order and disorder by side-chain based statistic block-copolymers for photovoltaics (Antragstellerinnen / Antragsteller Egbe, Daniel Ayuk Mbi ;  Hoppe, Harald ;  Rathgeber, Silke )
• Controlling the electronic interface properties in polymer-fullerene bulk-heterojunction solar cells (Antragsteller Brabec, Christoph J. ;  Dyakonov, Vladimir )
• Electronic properties of interfaces with conjugated oligo- and polymers (Antragstellerin Tegeder, Petra )
• Electronic properties of interfaces with conjugated polymers and polyelectrolytes (Antragsteller Koch, Norbert )
• Influence of electric fields on morphology and performance of compatibilized all-polymer solar cells (Antragsteller Sommer, Michael ;  Würfel, Uli )
• Interface properties and electronic structure of thiophene-based materials for organic solar cells (Antragsteller Chassé, Thomas ;  Scherf, Ullrich )
• Interplay between microscopic structure and intermolecular charge transfer processes in polymer-fullerene bulk-heterojunctions (Antragsteller Dyakonov, Vladimir ;  Magerle, Robert )
• Koordinatorantrag (Antragsteller Leo, Karl )
• Low bandgap dendrimer systems: Synthesis, spectroscopy and microscopy of composite films for photovoltaics (Antragstellerinnen / Antragsteller da Como, Enrico ;  von Hauff, Elizabeth ;  Holder, Elisabeth )
• Near IR sensitization of polymer/fullerene solar cells: controlling the morphology and transport in ternary blends (Antragsteller Brabec, Christoph J. ;  Scherf, Ullrich )
• Organic solar cells based on oligothiophene derivatives (Antragsteller Bäuerle, Peter ;  Leo, Karl )
• Organic solar cells from optimized self-assembling block copolymers with controlled nanoscale morphology (Antragsteller Hoppe, Harald ;  Thelakkat, Mukundan ;  Thurn-Albrecht, Thomas )
• p-B-n organic junctions for efficient photovoltaics (Antragstellerinnen / Antragsteller da Como, Enrico ;  von Hauff, Elizabeth ;  Ludwigs, Sabine )
• Photogeneration, recombination and extraction of charge carriers in organic solar cells (Antragsteller Andrienko, Denis ;  Deibel, Carsten )
• Plasmon-mediated organic photovoltaics (Antragsteller Leo, Karl )
• Polymeric solar cells: Molecular orientation, structure, and optoelectronic performance (Antragstellerinnen / Antragsteller Barrena, Esther ;  Lemmer, Ulrich ;  Schabel, Wilhelm )
• Sub-bandgap absorption in polymer-fullerene solar cells (Antragsteller Gobsch, Gerhard Ernst )
• Tuning of polymer aggregation and optimization of the active layer morphology of all-polymer solar cells incorporating rylene-based acceptor polymers (Antragsteller Neher, Dieter ;  Scherf, Ullrich )

Sprecher Professor Dr. Karl Leo